Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей водыРД 10-249-98(утв. постановлением Федерального горного и промышленного надзора Россииот 25 августа 1998 г. N 50) стр. 39

Мембраны должны изготовляться из листа конструкционной стали марки 20К по ГОСТ 5520. Конструкция мембранного уплотнения представлена на рис. 8.7.

1252 × 872 пикс.     Открыть в новом окне

8.10.2. Вычисление вспомогательных величин

269 × 119 пикс.     Открыть в новом окне

;

425 × 130 пикс.     Открыть в новом окне

;

335 × 84 пикс.     Открыть в новом окне

.

8.10.3. Напряжение от внутреннего давления

342 × 94 пикс.     Открыть в новом окне

.

8.10.4. Напряжение от поворота и раскрытия фланца

325 × 62 пикс.     Открыть в новом окне

.

8.10.5. Суммарное напряжение в мембране

.

Задаваясь значениями отношения от 0,2 до 0,1 с интервалом 0,01 для каждого из значений толщины мембраны (см. п. 8.10.1), следует найти минимальное значение напряжения , которое и определит оптимальную толщину мембраны .

8.10.6. Для углеродистых сталей расчетное число циклов мембраны определяется по формуле

.

Циклом нагружения мембраны следует считать пуск-останов сосуда, гидравлическое испытание и любую разгрузку с последующим нагружением, если при этом величина давления снижается более чем на 30% по сравнению с величиной рабочего давления.

При необходимости выполнения уточненного расчета следует определять напряжения по каждому из указанных трех видов циклов нагружения. Допустимое число циклов каждого вида нагружения может быть установлено по принципу линейного суммирования повреждаемости согласно разделу 5 Норм. Напряжение, приведенное в п. 8.10.3, определяется только по расчетному давлению в рабочих условиях.

Расчетное число циклов соответствует минимальному количеству циклов до разуплотнения мембраны на отдельном участке сварного шва (определенному с запасом 10 по числу циклов) при сохранении плотности на всем остальном периметре шва.

Разуплотнение отдельного участка сварного шва мембраны устраняется сваркой в соответствии с инструкциями предприятия-изготовителя.

Если расчетное число циклов лежит в пределах 100-200, это значение должно быть специально занесено в паспорт сосуда.

Во всех случаях расчетное число циклов должно быть не менее 100. При невозможности обеспечить указанное число циклов должна быть применена другая конструкция мембранного уплотнения.

9. Методика расчета на прочность цельносварных газоплотных конструкций

9.1. Основные понятия и определения

9.1.1. Цельносварная газоплотная конструкция (рис. 9.1) образована мембранными экранами, представляющими собой сваренные друг с другом плавниковые трубы или гладкие трубы с проставками (рис. 9.2). Конструкция может быть как опертой, так и подвесной и в соответствии с компоновкой котла иметь П-, Т-, Г-образную или башенную конфигурацию.

Под термином "оребренная труба" в дальнейшем понимается либо плавниковая труба, т.е. труба, изготовленная металлургическим способом вместе с плавниками как единое целое, либо гладкая труба с приваренными к ней ребрами.

Условные обозначения представлены в табл. 9.1.

9.2. Общие положения

9.2.1. В основу расчета положен принцип оценки прочности конструкции по несущей способности, которая определяется предельным состоянием перехода наиболее нагруженного сечения из упругого состояния в пластическое. При этом напряженное состояние определяется по гипотезе Треска-Сен-Венана наибольшими касательными напряжениями. Характеристики пластичности сталей, применяемых при изготовлении оребренных труб, позволяют проводить оценку прочности по упругопластическим напряжениям, т.е. выполнять расчет по упругой схеме.

Обычно под расчетом на прочность понимается поверочный расчет, служащий для проверки выполнения условий прочности при заданных основных размерах конструкции и расчетных нагрузках.

9.2.2. Допускается использование других методов расчета на прочность цельносварных мембранных конструкций при условии согласования метода расчета с разработчиком и при обеспечении нормативных запасов прочности.

1321 × 1955 пикс.     Открыть в новом окне

1403 × 1934 пикс.     Открыть в новом окне

Таблица 9.1

Символ	Наименование	Единица измерения
1	2	3
d_а	Наружный диаметр трубы	мм
d	Внутренний диаметр трубы	мм
s	Номинальная толщина стенки оребренной трубы	мм
t_at	Шаг оребренной трубы	мм
h	Высота ребра	мм
s_1	Толщина ребра в корне	мм
s_2	Толщина ребра в вершине	мм
пси = arcsin s_1/ d_a	Угол	рад
бета	Отношение наружного диаметра трубы к внутреннему
2A	Ширина фронтового (заднего) экрана	мм
2В	Ширина фронтового экрана	мм
2L	Расстояние между поясами жесткости	мм
x = (A; В)	Расчетная ширина экрана	мм
q(1)_L, q(2)_L	Воспринятый тепловой поток при одностороннем и двухстороннем обогревах экрана	Вт/м2
альфа_t	Коэффициент линейного расширения при расчетной температуре	1/°C
лямбда_t	Коэффициент теплопроводности при расчетной температуре	Вт/(м х К)
альфа_2	Коэффициент теплоотдачи	Вт/(м х К)
а_t	Коэффициент температуропроводности при расчетной температуре	мм2/с
T_1(i=1-6)	Температура в расчетной точке	°С
t_m	Температура среды	°С
мю	Коэффициент Пуассона
Е_t	Модуль упругости при расчетной температуре	МПа
р	Внутреннее давление в трубах	МПа
р_a	Величина аварийного разрежения в топке (газоходе)	МПа
р_т	Расчетное давление в топке (газоходе) при хлопке	МПа
X, Y, Z	Прямоугольные координаты
r, фи	Полярные координаты
Р_х, Р_у, Р_z	Усилия на оребренную трубу, действующие по осям X, Y, Z	Н
р_x, р_у	Погонные усилия на ребра оребренной трубы по осям X, Y	Н х мм
М_zy, М_ху	Погонные изгибающие моменты в мембранной стенке, отнесенные к единице длины	Н
Q	Поперечная сила, сила сдвига	Н
сигма_m	Общие мембранные напряжения	МПа
сигма_mL	Локальные мембранные напряжения	МПа
сигма_b	Общие изгибные напряжения	МПа
сигма_b	Общие изгибные напряжения	МПа
сигма_bL	Локальные изгибные напряжения	МПа
[сигма]	Допускаемые напряжения	МПа
сигма_1, сигма_2, сигма_3	Главные напряжения	МПа
сигма_фи	Окружные напряжения	МПа
сигма_z	Осевые напряжения	МПа
сигма_r	Радиальные напряжения	МПа
сигма_Х	Поперечные напряжения	МПа
тау_фи z, тау_xz	Касательные напряжения	МПа
сигма_e	Эквивалентные напряжения	МПа
сигма_sm	Напряжения смятия	МПа
тау_sr	Напряжения среза	МПа
[N]	Допускаемое число циклов
[сигма_а]	Допускаемая амплитуда напряжений	МПа
фи_w, фи_2w,	Коэффициенты прочности сварных соединений
331 × 178 пикс.     Открыть в новом окне "Рис. 102. Формула 3"	Критерий Био

9.2.3. Последовательность выполнения расчетов на прочность

Расчет на прочность мембранных конструкций выполняется после выбора основных размеров. Исходя из сложившейся практики проектирования и расчетов котлов, а также из-за необходимости последовательного учета основных видов нагрузок, определяющих надежность эксплуатации, в основу методики положен принцип разделения поверочного расчета прочности мембранных конструкций на два этапа: расчет на статическую прочность и расчет на циклическую прочность.

Для опертых мембранных конструкций выполняется расчет на устойчивость.

Выполняется расчет на статическую прочность от воздействия механических нагрузок, причем на этом этапе должны быть учтены не только статические нагрузки, но и максимальные значения нагрузок от хлопка, аварийного разрежения и сейсмики, одноразовое воздействие которых может привести к недопустимым пластическим деформациям или к разрушению всей мембранной конструкции.

В результате расчета определяются условно-упругие мембранные напряжения в стенках труб и в ребрах (проставках), а также изгибные напряжения, условно приведенные к мембранным, с учетом соотношения между упругим и пластическим моментом сопротивления и производится проверка условий прочности для расчетных сечений 1-2, 3-4, 5-6 оребренных труб (см. рис. 9.2).

Расчет на циклическую прочность предназначен для оценки усталостной прочности при механических и температурных воздействиях. В результате расчета определяются амплитуды знакопеременных условно-упругих напряжений в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 (см. рис. 9.2) оребренных труб и производится проверка условий прочности. На основании поверочного расчета определяется расчетный ресурс мембранных поверхностей нагрева котла в соответствии с заданным числом пусков из холодного и горячего состояний. При проведении поверочного расчета на прочность мембранных экранов необходимо учитывать допуски на изготовление, а также утонение стенок труб от коррозионно-эрозионного износа и влияние внутренних отложений в трубах.

9.2.4. Расчетные режимы

Основным расчетным режимом при оценке статической прочности (этап 1) является стационарный режим при номинальной производительности и параметрах пара котла.

Дополнительные режимы: работа при повышенной теплопроизводительности котла до 110%, с выключенными подогревателями высокого давления (ПВД), на скользящем давлении.

Расчетными режимами при оценке циклической прочности (этап 2) являются нестационарные режимы, вызванные циклическими изменениями расчетных параметров в период работы котла, в том числе пусками из холодного, горячего и промежуточных состояний и остановами, включая аварийные.

9.2.5. Расчетные зоны и узлы

Расчетными зонами являются наиболее напряженные зоны топки (газохода): зоны стыковых сварных соединений, разъемы экранов, сопряжения панелей с разной температурой среды, места расположения и размеры отверстий под горелки, лазы, смотровые лючки, обдувочные аппараты, зоны опорных и подкрепляющих элементов (включая антисейсмические), места расположения подвесок, а также другие конструктивные особенности.

Проверке подлежат сечения с наибольшими весовыми нагрузками: верхний ярус горелок, разъемы экранов, места крепления подвесок, сечения с максимальными тепловыми потоками, а также сечения на уровнях антисейсмического раскрепления котла. Расчетные сечения, как правило, принимаются на уровне пояса жесткости и посредине между поясами.

При использовании ЭВМ расчет выполняется для всей конструкции с автоматическим контролем напряжений в наиболее нагруженных элементах и с последующим уточнением результатов для отдельных зон.

9.2.6. Расчетные температуры

На первом этапе расчета на прочность для оребренной трубы вводятся три расчетных сечения (1-2, 3-4 и 5-6 на рис. 9.2). Под расчетной температурой в каждом сечении следует понимать среднюю температуру, по которой определяется допускаемое напряжение, а также принимаются характеристики металла , , , для оребренной трубы.

На втором этапе рассматриваются напряжения в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 оребренной трубы (указанных трех расчетных сечений). Под расчетной температурой в каждой точке следует понимать максимальную температуру в каждом расчетном цикле, при которой производится расчет на циклическую прочность.